強夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用

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摘要：強夯固結(jié)法，也稱動力固結(jié)法，它是以8—12t的重錘，8～20m（最高達40m）落距，對土基進行強力夯擊，利用沖擊波和動應(yīng)力，達到土基加固的目的。具有施工簡單、加固效果好、使用經(jīng)濟等優(yōu)點。經(jīng)強夯處理的地基，其承載力可提高2-5倍，壓縮性降低2—10倍，適用于雜填土、砂類土、黏質(zhì)土、泥炭和沼澤土等。本文將主要探討強夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：強夯法；公路工程；軟土地基

強夯法由于在工程實踐中具有加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工期短、節(jié)約材料、施工文明和施工費用低等優(yōu)點，很快就傳播到世界各地，目前已有幾十個國家數(shù)千項工程采用此法處理地基。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，均能取得較好的效果[1]。對于飽和度較高的黏性土，一般來說，強夯法處理效果不顯著，尤其對于淤泥和淤泥質(zhì)土地基，處理效果更差，應(yīng)予慎用。近些年來，對這類土也有采用強夯法加袋裝砂井或塑料排水帶進行綜合處理的，但其處理效果尚難肯定。

一、公路軟土地基的特征

1.透水性差

軟土、沼澤親水性強而透水性弱（滲透系數(shù)為10～～10。era/s）且有明顯的方向性。由于大部分軟土及沼澤地層中都存在著帶砂夾層，所以其滲透系數(shù)水平方向略大于垂直方向，軟土與沼澤中的粘粒含量、有機質(zhì)含量和液限越大，滲透系數(shù)就越低。因此，軟土與沼澤的固結(jié)時間長。在加載初期，地基中孔隙水壓力較高，影響地基強度。施工中表現(xiàn)為壓實困難，且不便行車和施工作業(yè)。

2.壓縮性高

軟土及沼澤由于孔隙比大，土粒間連接結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，具有高壓縮性的特點，且隨液限的增加而增強，壓縮系數(shù)一般在5.10×10-7～1.53×10-6 （Pa-1）。

3.抗剪強度低

軟土與沼澤的抗剪強度很低，并與加載速度及排水固結(jié)有密切的關(guān)系，不排水剪切時，內(nèi)摩擦角接近于零，內(nèi)摩擦剪應(yīng)力小于19.092 kPa；排水剪切時，抗剪強度隨固結(jié)程度增加而增大。

4.觸變性和蠕變性

軟土與沼澤結(jié)構(gòu)未被破壞前，具有一定的結(jié)構(gòu)強度，但一經(jīng)擾動，結(jié)構(gòu)被破壞，強度迅速降低，但隨靜置歷時的增長，其強度將逐漸恢復(fù)。軟土的這種性質(zhì)被稱為觸變性。觸變性越大，表示強度降低越明顯。

軟土與沼澤在受載荷作用或載荷變化過程中，將發(fā)生連續(xù)持久而緩慢的變化，這種在剪應(yīng)力作用下的剪切變形現(xiàn)象稱為土的蠕變性。這種蠕變性實質(zhì)上是軟土與沼澤抗剪強度隨時間增長而遞減的性質(zhì)，這種現(xiàn)象在工程上有很大的危害性。

5.軟土路基的極限高度

在天然的軟土、沼澤地基上，采用快速施工方法修筑路堤所能填筑的最大高度，稱為極限高度（或臨界高度）。當路堤高度超過此極限高度時，對路堤或地基必須采取加固處理措施，才能保證路堤的安全填筑和正常使用。否則，就可能使填土部分發(fā)生崩塌，坡腳外側(cè)地基隆起等，造成工程的大范圍返工。如果坡腳附近有房屋、水管或其他工程設(shè)施，也將受到嚴重的威脅，甚至破壞。極限高度的大小，取決于地基的特性（軟土的性質(zhì)和成層情況，硬殼的厚度和性質(zhì)）及填料的性質(zhì)等。通常為3～5 m左右。也可按穩(wěn)定性分析的結(jié)果及工地填筑試驗確定[2]。

二、軟土地基處理要求

1.軟土地段路基應(yīng)提前安排施工。路堤完工后應(yīng)留有沉降期，如設(shè)計未規(guī)定，則不應(yīng)少于6個月，沉降期內(nèi)不應(yīng)在路堤上進行任何后續(xù)工程。

2.地基固結(jié)度應(yīng)達到設(shè)計規(guī)定值。修筑路面結(jié)構(gòu)之前，路基沉降應(yīng)基本趨于穩(wěn)定。

3.必須適時做好沉降監(jiān)測。軟土段填筑路堤要做好必要的沉降和穩(wěn)定監(jiān)測，并嚴格控制施工填料和加載速度。具體要求如下。①監(jiān)測沉降板應(yīng)安裝在路中線上，縱向間距宜為200In，對于橋頭引道路堤，應(yīng)安裝在路中線和兩側(cè)路肩邊緣線上，第一塊沉降板設(shè)在距橋臺背10m處，其余宜每50m間隔設(shè)置。②路堤填筑過程中，填一層應(yīng)進行一次監(jiān)測，水平位移量每晝夜不宜超過0.5 cm，沉降量不大于1.5 cm，超過時即應(yīng)暫停填筑。待沉降及位移量小于規(guī)定值后再繼續(xù)施工。

4.軟土地基處理應(yīng)符合規(guī)范要求。各種軟土地基處理方法的運用范圍、施工規(guī)定及各種處治方法的質(zhì)量檢驗方法與要求應(yīng)符合現(xiàn)行公路軟土地基路堤設(shè)計與施工相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

5.注意分層接茬處的處理。軟土地基填筑路堤，分層及接茬宜做成錯臺形狀，臺寬不宜少于2m。

三、強夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用

（一）強夯橫斷面布置

強夯橫斷面布置應(yīng)遵循以下幾項原則：

1.夯擊功最大程度作用于軟土地層表面。這就要求夯擊前分層鋪沒在軟土地表上的材料層（直接接受夯擊作用）盡可能薄些；

2.保證排水暢通。既保證由塑料排水板中匯集起來的水分排出，也保證由軟土層表面直接進入滲水層的水分順利排出[3]。

可以有兩種布置方式：1）砂礫層在下，素土層在上（圖1），開始被夯擊擠入軟土層的是砂礫。上層素土作為夯坑的填補材料，是路基底層的一部分，容易充分地得到壓實。軟土中的水分，容易進入砂礫層，容易排出。2）素土層在下，砂礫層在上（圖2）。開始被夯擊擠入軟土層的是素土。軟土層中的水分，一般都要用塑料排水板協(xié)助排出。夯擊面。是砂礫層，素土不會產(chǎn)生液化狀態(tài)。

圖1素土層在上 圖2素土層在下

（二）填充材料

夯擊形成的坑洞，最好用砂礫或宕渣來填補。也可以用含水量小的素土來填補。

（三）夯擊位置平面圖式

梅花形布置為優(yōu)，以求排水路徑短、排水保障大的目的。

（四）排水設(shè)計

動靜結(jié)合排水固結(jié)法的關(guān)鍵在于改善地基土的排水條件，為此可設(shè)置豎向和水平方向排水體。塑料排水板的布設(shè)可按靜荷載作用下的設(shè)計方法來進行計算，間距一般取0.8～1.4m，常用1.0～1.2m。對于水平方向排水性能相對較好的粉質(zhì)黏土，間距可適當加寬，如取1.6～1.8m。塑料排水板的深度應(yīng)以穿透軟土層為準，如果壓縮層較厚也可計算確定。水平排水體通常由砂墊層、排水盲溝和集水井組成。砂墊層一般要求用透水性較好的中粗砂，厚度不宜小于50cm，集水井的作用是匯集排水并及時將水排到場區(qū)外[4]。

（五）動靜結(jié)合排水強夯法的工藝

為保證軟土層在動荷作用下不被過分擾動，宜采用“少擊數(shù)多遍數(shù)”、“先輕后重”的施工程序。第一遍沖擊采用較小的沖擊能以保證軟土層有較小的剪切變形，土體經(jīng)受一次再固結(jié)過程，強度有所提高，然后再進行下一遍夯擊，則孔壓繼續(xù)升高，而不致產(chǎn)生較大的剪切變形?，F(xiàn)場施工經(jīng)驗表明，采用動靜結(jié)合法加固軟基時，第一遍夯擊能可采用500 800kN·m，以后夯擊能逐漸增加到1 500kN·m以上（夯點間距可取3.0m左右，梅花形布點）。對于需要填筑較厚填土的工程，第一遍夯擊能可采用1000-l500kN·m，以后夯擊能逐漸增加到3000kN·m以上，最后再以較小的能量（如500kN·m）滿夯。顯然，這一做法與一般強夯法不同。夯擊時，單點擊數(shù)是一個重要指標[5]?？偟脑瓌t是，要以較少的沖擊次數(shù)產(chǎn)生較大的孔隙水壓力和較小的剪切變形。室內(nèi)試驗表明，孔隙水壓力增長速率與殘余變形增長速率是相互對應(yīng)的，當沖擊次數(shù)大于某一值時，孔壓增長已十分緩慢而殘余變形卻有不休止的趨勢。這是由于孔壓升高、有效應(yīng)力降低，土體強度有一定衰減的緣故?，F(xiàn)場施工實踐也表明，當夯擊擊數(shù)超過一定值時，土體不但不能壓密，反而產(chǎn)生過大的側(cè)向擠出，同時，孔隙水壓力增量變小。由每擊夯沉量的變化也可以看出，當超過這一值時，夯沉量增量不但沒有減小反而變大[6]。

結(jié)論

強夯法雖然已在工程中得到廣泛的應(yīng)用，但有關(guān)強夯機理的研究，國內(nèi)外至今尚未取得滿意的結(jié)果。其主要原因是各類地基土的性質(zhì)差別很大，難以建立適用于各類土的強夯加固理論，有必要按不同土類分別研究強夯機理及其相應(yīng)的設(shè)計計算方法，本文通過對強夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用進行分析，為公路軟土地基處理提供一定的參考借鑒意義。

參考文獻：

[1]秦斌. 關(guān)于公路施工中軟土地基處理技術(shù)的探討[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，03：187.

[2]盧克超. 快速強夯法在元壩凈化廠場平地基處理中的應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)計，2014，01：25-27+2.

[3]李德勝. 強夯置換法在高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用[J]. 交通標準化，2014，04：78-80.